JP2010096494A

JP2010096494A - 燃料ノズルの希釈流導入の方法及び装置

Info

Publication number: JP2010096494A
Application number: JP2009234700A
Authority: JP
Inventors: Jesse Ellis Barton; ジェシー・エリス・バートン; Jonathan Dwight Berry; ジョナサン・ドワイト・ベリー; Mark Allen Hadley; マーク・アラン・ハドレー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2010-04-30
Also published as: CN101725973A; EP2177831A2; EP2177831A3; US20100089022A1

Abstract

【課題】燃焼器において、燃料ノズル内へ大量の希釈剤が必要となるが、過剰な希釈剤が燃料ノズルに沿って流れ、吹消えのような燃焼器における動作上の問題を引き起こす。
【解決手段】燃焼器は、１以上の貫通バッフル孔を有するバッフルプレート１２と、該貫通バッフル孔を貫通して延びる１以上の燃料ノズル１６とを含む。シュラウド２６が、バッフルプレート１２と１以上の燃料ノズルととの間に配置され、かつ該バッフルプレート１２に取付けられる。複数の開口部４４が、シュラウド２６内に配置され、かつバッフルプレート１２と１以上の燃料ノズル１６との間における希釈剤２２の流れを調量するように構成される。希釈剤２２は、複数の開口部４４を通して１以上の燃料ノズル１６内の１以上の空気流開口５０に向けて流される。
【選択図】図３

Description

本発明は、総括的には燃焼器に関する。より具体的には、本発明は、燃料ノズルを介しての燃焼器内への希釈流の導入に関する。

燃焼器は一般的に、その中でそれを点火燃焼させる燃焼チャンバに燃料或いは燃料及び空気の混合気を導入する１以上の燃料ノズルを含む。幾つかの燃焼器では、燃料ノズルは、燃焼器のバッフルプレート内に配置された孔を貫通して延びる。これらの燃焼器では、多くの場合に窒素又は蒸気である大量の希釈剤を燃焼器に導入して、ＮＯｘエミッションを低減しかつ／又は燃焼器の出力を強化することが有利であることが多い。希釈剤は、バッフルプレートと各燃料ノズルとの間のギャップを通ってチャンバから強制的に送られ、次に燃料ノズルの周辺部に沿って流れ、その周辺部において、希釈剤の一部分が燃料ノズルの空気カラー内の孔を介して該燃料ノズルに流入する。しかしながら、バッフルプレートと燃料ノズルとの間のギャップは、該バッフルプレートと燃料ノズルとの間の累積組立公差によって変化する。このギャップ変化により、各ノズルの周り及び燃焼器組立体の全体にわたって希釈（剤）流の変動が生じる。さらに、ギャップと燃料ノズル内の空気カラー孔との間の軸方向距離により、希釈剤は、燃料ノズルを通って流れずにまた燃料及び空気と直接混合せずに燃焼反応ゾーンに到達することが可能になる。それらの作用の両方により、希釈剤の有効性が低下し、従って燃料ノズル内への希釈流量と同等のものを達成するためには、一層大量の希釈剤が必要となる。燃料ノズルに沿って流れる過剰な希釈剤は、燃焼器内においてダイナミックス及び希薄吹消えのような動作性の問題を引き起こす。

米国特許第５８６７９７７号明細書

本発明の１つの態様によると、燃焼器は、１以上の貫通バッフル孔を備えるバッフルプレートと、１以上のバッフル孔を貫通して延びる１以上の燃料ノズルとを含む。シュラウドが、バッフルプレートと１以上の燃料ノズルとの間に配置されかつ該バッフルプレートに取付けられる。複数の開口部が、シュラウド内に配置されかつバッフルプレートと１以上の燃料ノズルとの間における希釈剤の流れを調量するように構成される。

本発明の別の態様によると、燃焼器に希釈剤を供給する方法は、バッフルプレートに取付けられたシュラウド内に配置されかつバッフルプレートと該バッフルプレート内の貫通孔を貫通して延びる１以上の燃料ノズルとの間に配置された状態で複数の開口部を設けるステップを含む。希釈剤は、複数の開口部を通して１以上の燃料ノズル内の１以上の空気流開口に向けて流される。

これらの及びその他の利点並びに特徴は、図面と関連させてなした以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明は、本明細書と共に提出した特許請求の範囲において具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の上記の及びその他の特徴並びに利点は、添付図面と関連させてなした以下の詳細な説明から明らかである。

燃焼器の実施形態の断面図。燃焼器のバッフルプレート組立体の実施形態の端面図。図２のバッフルプレート組立体の実施形態の断面図。図２のバッフルプレート組立体によって形成されたプレナムに希釈剤を供給するカバーリングの実施形態を示す図。

この詳細な説明は、図面を参照しながら実施例によって、その利点及び特徴と共に本発明の実施形態を説明する。

図１に示すのは、燃焼器１０である。燃焼器１０は、６つのバッフル孔１４を有するバッフルプレート１２を含み、それら６つのバッフル孔１４を貫通して６つの燃料ノズル１６が延びており、例えば図２で最も良く分るように、１つの燃料ノズル１６が各バッフル孔１４を貫通して延びている。図２には６つの燃料ノズル１６を示しているが、その他の個数の燃料ノズル１６、例えば１つの燃料ノズル１６又は４つの燃料ノズル１６を用いることができることを理解されたい。図３に示すように、バッフルプレート１２及びカバーリング１８は、プレナム２０を形成し、このプレナム２０内には、カバーリング１８内のオリフィス２４の配列（図４に最も良く示している）を介して希釈（剤）流２２が導かれる。幾つかの実施形態では、希釈流２２としては、蒸気、又は窒素のようなその他の希釈剤を含むことができる。

図３に示すように、各燃料ノズル１６では、バッフルプレート１２と該燃料ノズル１６との間において、シュラウド２６が、バッフル孔１４に配置される。この図３の実施形態では、シュラウド２６は、例えばバッフルプレート１２の上流面３０に配置された取付けフランジ２８を含む。幾つかの実施形態では、取付けフランジ２８は、上流面３０に対して溶接によって固定されているが、メカニカルファスナ、ロウ付け又は接着剤のようなその他の手段を使用することができる。さらに、シュラウド２６は、バッフルプレート１２のその他の部分、例えば下流面３２に固定することができることを理解されたい。シュラウド２６と燃料ノズル１６の外表面３４とは、それらの間に流れチャネル３６を形成する。シュラウド２６と燃料ノズル１６との間をシールするために、２つのピストンリング３８がシュラウド２６に配置される。図３に示すように、各ピストンリング３８は、シュラウド２６の先端部４２においてピストンリングスロット４０内に配置される。図３には２つのピストンリング３８及び２つのピストンリングスロット４０を示しているが、ピストンリングスロット４０当たりのその他の個数のピストンリング３８及びその他の個数のスロット４０を用いることができることが分るであろう。例えば、各ピストンリングスロット４０内には、２つ又は３つのピストンリング３８を配置することができまた／或いは１つ又は３つのピストンリングスロット４０を用いることができる。複数の噴射孔４４が、燃焼器のヘッド端部においてシュラウド２６を貫通して流れチャネル３６からバッフルプレート１２の外部４６まで延びる。複数の噴射孔４４は、ノズル中心軸線４８に対して傾斜させて配向することができ、或いは図３に示すように、ノズル中心軸線４８にほぼ平行にすることができる。

作動中に、希釈流２２は、プレナム２０から流れチャネル３６に沿ってかつ複数の噴射孔４４を通して導かれる。複数の噴射孔４４から流出すると、希釈流２２の少なくとも一部分は、燃料ノズル１６内の複数の空気流開口５０に流入する。幾つかの実施形態では、複数の空気流開口５０に流入する希釈流２２は、該複数の空気流開口５０に流入する空気流５２と混合される。

１以上のピストンリング３８によってバッフルプレート１２と燃料ノズル１６との間をシールすること及び複数の噴射孔４４を通して希釈流２２を導くことにより、空気流開口５０の近傍での該希釈流２２の噴射を可能にして、該希釈流２２の有効性を高める。さらに、希釈流２２は、噴射開口部４４により調量されかつバッフルプレート１２内の各バッフル孔１４について一定になる。従って、必要な希釈流２２のボリュームが低下し、それによってダイナミックス及び希薄吹消えのような動作性の問題が減少する。

限られた数の実施形態のみに関して本発明を詳細に説明してきたが、本発明がそのような開示した実施形態に限定されるものではないことは、容易に理解される筈である。むしろ、本発明は、これまで説明していないが本発明の技術思想及び技術的範囲に相応するあらゆる数の変形、変更、置換え又は均等な構成を組込むように改良することができる。さらに、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、本発明の態様は説明した実施形態の一部のみを含むことができることを理解されたい。従って、本発明は、上記の説明によって限定されるものと見なすべきでなく、本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定される。

１０燃焼器
１２バッフルプレート
１４バッフル孔
１６燃料ノズル
１８カバーリング
２０プレナム
２２希釈流
２４オリフィス
２６シュラウド
２８取付けフランジ
３０上流面
３２下流面
３４外表面
３６流れチャネル
３８ピストンリング
４０ピストンリングスロット
４２先端部
４４噴射孔
４６外部
４８ノズル中心軸線
５０空気流開口
５２空気流

Claims

１以上の貫通バッフル孔（１４）を備えるバッフルプレート（１２）と、
前記１以上の貫通バッフル孔（１４）を貫通して延びる１以上の燃料ノズル（１６）と、
前記バッフルプレート（１２）と前記１以上の燃料ノズル（１６）との間に配置されかつ該バッフルプレート（１２）に取付けられたシュラウド（２６）と、
前記シュラウド（２６）内に配置されかつ前記バッフルプレート（１２）と前記１以上の燃料ノズル（１６）との間における希釈剤（２２）の流れを調量するように構成された複数の開口部と
を含む、燃焼器（１０）。
１以上のピストンリング（３８）が、前記シュラウド（２６）と前記１以上の燃料ノズル（１６）との間をシールする、請求項１記載の燃焼器（１０）。
前記１以上のピストンリング（３８）が、１以上のピストンリングスロット（４０）内に配置される、請求項２記載の燃焼器（１０）。
前記複数の開口部が、前記１以上の燃料ノズル（１６）の中心軸線にほぼ平行に延びる、請求項１記載の燃焼器（１０）。
前記複数の開口部が、前記１以上の燃料ノズル（１６）内の複数の空気流開口（５０）に向けて前記希釈剤（２２）の流れを導くように構成される、請求項１記載の燃焼器（１０）。
燃焼器（１０）に希釈剤（２２）を供給する方法であって、
バッフルプレート（１２）に取付けられたシュラウド（２６）内に配置されかつ前記バッフルプレート（１２）と該バッフルプレート（１２）内の貫通孔を貫通して延びる１以上の燃料ノズル（１６）との間に配置された状態で複数の開口部を設けるステップと、
前記複数の開口部を通して前記１以上の燃料ノズル（１６）内の１以上の空気流開口（５０）に向けて前記希釈剤（２２）を流すステップと
を含む方法。
前記シュラウド（２６）と前記１以上の燃料ノズル（１６）の外表面（３４）とによって形成された流れチャネル（３６）に沿って前記希釈剤（２２）を流すステップを含む、請求項６記載の方法。
前記希釈剤（２２）の少なくとも一部分を前記１以上の燃料ノズル（１６）内の１以上の空気流開口（５０）内に流すステップを含む、請求項６記載の方法。
前記希釈剤（２２）の少なくとも一部分を前記１以上の空気流開口（５０）に流入する空気流と混合するステップを含む、請求項８記載の方法。
前記シュラウド（２６）と前記１以上の燃料ノズル（１６）との間をシールし、それによってそれらの間における希釈剤（２２）の流れを防止するステップを含む、請求項９記載の方法。